Question

【題目】數十年來，化學工作者對氮的氧化物、碳的氧化物做了廣泛深入的研究并取得一些重要成果。

I．已知2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應歷程分兩步：

第一步：2NO(g)N2O2(g) （快） H1<0；v1正=k1正c2(NO) ；v1逆=k1逆c(N2O2)

第二步：N2O2(g)+O2(g)2NO2(g) （慢） H2< 0； v2正=k2正c(N2O2)c(O2)；v2逆=k2逆c2(NO2)

①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應速率主要是由_______（填“第一步”或“第二步”）反應決定。

②一定溫度，反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)達到平衡狀態，請寫出用k1正、k1逆、k2正、k2逆表示的平衡常數表達式K=____________；升高溫度，K值_______（填“增大”、“減小”或“不變”）。

II．利用CO2和CH4重整不僅可以獲得合成氣（主要成分為CO、H2），還可減少溫室氣體的排放。

（1）已知重整過程中部分反應的熱化方程式為：

① CH4(g)=C(s)+2H2(g) ΔH>0

② CO2(g)+H2(g)=CO(g)+H2O(g) ΔH>0

③ CO(g)+H2(g)=C(s)+H2O(g) ΔH<0

固定n(CO2)=n(CH4)，改變反應溫度，CO2和CH4的平衡轉化率見圖甲。

同溫度下CO2的平衡轉化率________（填“大于”或“小于”）CH4的平衡轉化率，其原因是_______________________________________________。

（2）在密閉容器中通入物質的量均為0.1mol的CH4和CO2，在一定條件下發生反應CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)，CH4的平衡轉化率與溫度及壓強（單位Pa）的關系如圖乙所示。則：

①壓強：p1_____p2（填“>”、“=”、“<”，下同）；y點：v(正)_____v(逆)。

②已知氣體分壓(p分)=氣體總壓(p總)×氣體的物質的量分數。用平衡分壓代替平衡濃度可以得到平衡常數Kp，求x點對應溫度下反應的平衡常數Kp=__________________。

（3）一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”從而變廢為寶，其反應機理如圖丙所示。該反應的化學方程式為____________________________________________。

（4）CO常用于工業上冶煉金屬，圖丁是在不同溫度下CO還原四種金屬氧化物達平衡后氣體中lg[c(CO)/c(CO2)]與溫度(t)的關系曲線圖。下列說法正確的是_________。

A．工業上可以通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸的時間，減少尾氣中CO的含量

B．CO不適宜用于工業冶煉金屬鉻（Cr）

C．工業冶煉金屬銅（Cu）時較低的溫度有利于提高CO的利用率

D．CO還原PbO2的反應ΔH＞0

Answer 1

【答案】 第二步 減小 大于 CO2發生其他副反應 < > Pa2(單位可不寫） CO2+4H2 CH4+2H2O BC

【解析】I．①2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的反應速率主要是由反應速率慢的即第二步反應決定。②反應2NO(g)+O2(g)2NO2(g)的平衡常數表達式K=，達到平衡狀態時正逆反應速率相等，k1正c2(NO) ＝k1逆c(N2O2)、k2正c(N2O2)c(O2)＝k2逆c2(NO2)，解得；正反應是放熱反應，所以升高溫度，平衡常數減小。

II．（1）根據圖示可以看出，CO2發生了其他副反應，同溫度下CO2的平衡轉化率大于CH4的平衡轉化率大于；（2）①正反應是體積增大的可逆反應，增大壓強平衡向逆反應方向進行，甲烷的轉化率降低，則根據圖乙可判斷壓強：p1＜p2；y點要達到平衡狀態，即要達到x點，甲烷的轉化率增大，說明反應向正反應方向進行，因此v(正)＞v(逆)。②x點時甲烷的轉化率是0.5，則

CO2(g) + CH4(g)2CO(g) + 2H2(g)

起始量（mol） 0.1 0.1 0 0

轉化量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

平衡量（mol） 0.05 0.05 0.1 0.1

則x點對應溫度下反應的平衡常數Kp=。（3）據信息：一定條件下Pd-Mg/SiO2催化劑可使CO2“甲烷化”，方程式為：CO2+4H2 CH4+2H2O；（4）A、通過增高反應裝置來延長礦石和CO接觸的時間，但不能改變平衡狀態，因此不能減少尾氣中CO的含量，A錯誤；B、由圖象可知用CO工業冶煉金屬鉻時，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，說明CO轉化率很低，故不適合，B正確；C、由圖象可知溫度越低lg[c(CO)/c(CO2)]越小，故CO轉化率越高，C正確；D、由圖象可知CO還原PbO2的溫度越高lg[c(CO)/c(CO2)]越高，說明CO轉化率越低，平衡逆向移動，故△H＜0，D錯誤；答案選BC。